sideband(側波帯)

変調/復調測定に関する翻訳に、sideband(側波帯)という言葉がよく出てくる(例えば、アナログ復調 Xシリーズ 測定アプリケーションN9063Cのp3)。sidebandは、側帯波と訳されることもある。

側波帯とは、通常は、搬送波を変調することにより、搬送波の近傍に生じる周波数成分として説明される。

最初に、最も簡単な例として、振幅変調により、単一の周波数成分ω_mのみを持つ正弦波信号を、周波数ω_cの正弦波の搬送波に乗せる場合を考える。

変調されていない搬送波V_cは正弦波なので、

V_c(t)=Acos(ω_ct)

と表される。

振幅変調なので、搬送波の振幅Aを、変調信号V_m(t)=A_mcos(ω_mt)により、A(1+kcos(ω_mt))に変調すると(k=A_m/Aは変調度と呼ばれる)、変調された搬送波は、

V_AM(t)=A(1+kcos(ω_mt))cos(ω_ct)

と表される。

上の式を三角関数の公式を用いて展開すると、

V_AM(t)=Acos(ω_ct)+(1/2)kAcos((ω_c+ω_m)t)+(1/2)kAcos((ω_c-ω_m)t)

となり、周波数軸上で搬送波周波数ω_cから上下に周波数ω_m離れた位置(ω_c+ω_mとω_c-ω_m)に側波が生じる。

次に、振幅変調で、単一の周波数成分の正弦波ではなく、ω1~ω2の帯域(帯域幅ω2-ω1)を持つ信号を、周波数ω_cの正弦波の搬送波に乗せる場合を考える。

この場合も、上と同様に考えることができ、搬送波周波数ω_cの上下の、ω_c-ω2~ω_c-ω1の帯域(帯域幅ω1-ω2)とω_c+ω1~ω_c+ω2の帯域(帯域幅ω1-ω2)に側波が生じる。

このように、搬送波周波数の上下の帯域に生じる側波を側波帯と呼んでいる。搬送波周波数より上の側波帯は上側波帯(upper sideband)、下の側波帯は下側波帯(lower sideband)と呼ばれる。

角度変調(周波数変調や位相変調)の場合も同様に計算できるが、非常に複雑で、単一の周波数成分ω_mのみを持つ正弦波で変調する場合でも、振幅がベッセル関数で表され、周波数間隔がω_mの無限個の側波が生じる。

振幅変調、角度変調については、以下を参照。

高知工科大学 野中 弘二 教授のホームページ > 通信概論(2013年2年2Q)講義ノート2 および 通信概論(2013年2年2Q)講義ノート3

CNT(カーボン・ナノ・チューブ)

電子デバイス測定に関する翻訳で、CNTという言葉が出てくる(例えば、プレシジョン電流/電圧アナライザシリーズのp4)。

CNTは、Carbon Nano Tube(カーボン・ナノ・チューブ)の略である。炭素(カーボン)原子のみでできた結晶性物質としては、ダイヤモンドとグラファイト(黒鉛、鉛筆の芯として用いられている)がよく知られている。

炭素原子には、結合の手(価電子)が4つあり、ダイヤモンドの結晶構造は、正四面体の中心に位置する炭素原子の4つの結合の手が、正四面体の4つの頂点に位置する炭素原子の4つの結合の手の内の1つと結んで結合している(最近接の炭素原子と価電子を1つづつ共有して、閉殻構造になる(オクテット則を満たす)ことにより最も安定した状態になっている)。正四面体の4つの頂点に位置する炭素原子の残りの結合の手も、同様に最近接の炭素原子の結合の手と結ばれ、3次元に広がる結晶構造を形成している。4つすべての価電子が共有結合に用いられるので、ダイヤモンドは非常に固く電気を通さない。

一方、グラファイトは、炭素原子の4つの価電子の内の3つだけがそれぞれ平面上で隣接する3つの炭素原子と共有結合して、平面正六角形(6員環)構造の結晶を形成している。余った電子は平面内を自由に動き回れるので、グラファイトは電気をよく通し、平面構造の間(層間)はファンデルワールス力による弱い結合なので、剥がれやすく鉛筆の芯に使用されている。

カーボン・ナノ・チューブは、平面構造の一層のグラファイト(グラフェンと呼ばれる)を円筒形に丸めたものである。丸めたときのねじれ方により、バンド構造(結晶を構成する原子の周期的な配列の仕方により、電子軌道のエネルギー準位が、電子が完全に詰まっている価電子帯、電子が存在可能な伝導帯、価電子帯と伝導帯の間のバンドギャップと呼ばれる電子の存在できない禁制帯に別れることで、金属は伝導帯に電子が存在して電気が流れやすく、半導体は伝導帯に電子が存在しないがバンドギャップが小さいので熱励起などにより価電子帯の電子が伝導帯に遷移して少し電気が流れ、絶縁体は半導体と同じだがバンドギャップが大きいので電気が流れない。)が変化し、金属にも半導体にもなる。

カーボン・ナノ・チューブは、その構造から、化学的に安定で、温度に対する安定性が高く、軽量(アルミの約半分の重さ)で、電流密度が高く(銅の約100倍)、熱伝導性も銅の約10倍という特性を持っている。このような特性から、さまざまな用途が考えられ、半導体材料やLSIの金属配線材料としての研究開発も進められている。カーボン・ナノ・チューブを用いた宇宙エレベーター構想というのもある。

カーボン・ナノ・チューブについては、以下を参照

ナノカーボン材料を半導体デバイスの基幹材料にする

カーボンナノチューブ

FMCW Radar(FMCWレーダー)

レーダー測定に関する翻訳で、FMCW Radar(FMCWレーダー)という言葉がよく出てくる(例えば、89601B/BN-BHP FMCWレーダー解析 89600 VSAソフトウェア)。

radarは、RAdio Detecting and Ranging(電波探知および測距)の略で、ターゲットに電波を発射して、その反射波を測定することにより、ターゲットの方向や距離を測定する装置である。軍事目的に開発されたものであるが、コンクリート建築物の内部にある鉄筋や配管の位置特定に利用されたり、自動車の衝突防止システム用に研究開発が行われている。

測距(距離測定)のための基本的なレーダー方式として、パルス・レーダーとFMCWレーダーがある。

パルス・レーダーでは、パルス信号を送信してから、目標からの反射信号が受信されるまでの遅延時間(時間差)Δtを測定することにより、目標までの距離Rを求める。Δtは、電波が目標に達して反射されて帰ってくるまでの往復の時間なので、光速をcとすると、

R=cΔt/2 (1)

となる。

FMCWレーダーは、周波数変調された連続波(Frequency Modulated Continuous Wave)を使用して距離を測定する。パルス・レーダーでは、時間差を測定して距離を算出するのに対して、FMCWレーダーでは、送信波と受信波をミキサに入力して、それらの周波数差を測定し、距離を算出する。

送信波の周波数f_tが、f1(送信開始時刻t1)から、送信継続時間Tの間に、リニアに増加して、f2(送信終了時刻t1+T)となる帯域幅(f2-f1)の周波数変調を考える。

時刻t1に送信を開始してから、目標からの反射信号が受信されるまでの時間Δtは、上の(1)式から

Δt=2R/c (2)

なので、目標からの反射信号が受信された時刻(t1+Δt)における送信波の周波数f_t(t1+Δt)は、

f_t(t1+Δt)=f1+(f2-f1)Δt/T (3)

である。

また、この時刻(t1+Δt)での受信波の周波数f_rは、(目標が動いていない場合は)時刻t1に送信された周波数と同じなので、

f_r(t1+Δt)=f1 (4)

である。したがって、時刻(t1+Δt)に(3)式で表される送信波の周波数と(4)式で表される受信波の周波数をミキサに入力すると、その周波数差Δf=(f2-f1)Δt/Tが得られ、(2)式から距離Rが、

R=cΔt/2=cT(f2-f1)/2Δf

のように求まる。

FMCWレーダーについては、以下を参照。

日本財団 図書館 > 技術 > 電気工学.電子工学 > 平成15年度 新マイクロ波標識の開発に関する調査研究中間報告書 > 「次ページ」を数回クリック > 1.2 レーダー方式と技術開発動向(2)FM-CWレーダーの概要

けやきひろば春のビール祭り2016

GWが終わったら、これ。「けやきひろば春のビール祭り」でビールを堪能してきました。

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去年は2週間にわたって開催されていたものが、1週間に圧縮されたこともあり、かなりの混雑。動線の確保もままならない、そんな感じでした。

それはともかく、初出店やまだ数回目といった新進気鋭のブルワリーは、いずれもクオリティが高く、クラフトビールの進化は留まるところを知らないと思わせるものでした。

それでは、秋のアリーナでまたお会いしましょう。

MEMS

パワー・エレクトロニクス・テストに関する翻訳で、MEMSという言葉が出てくる(例えば、パワー・エレクトロニクス・テストの課題とソリューションのp13)。

MEMS(メムス)は、Micro Electro Mechanical Systems(微小電気機械システム)の略で、日本ではマイクロマシンと呼ばれることが多い。

MESMは、CMOS半導体製造プロセスの微細加工技術(リソグラフィーやエッチング)やレーザー加工技術を用いて、微小な電子回路や可動部を持つ機械構造を基板上に集積化した微細なデバイスである。

身近なMESMデバイスとしては、インクジェットプリンタのプリンタヘッド(数ピコ・リットルのインクを制御)、ハードディスクの磁気ヘッド(データを記録、再生するためのデバイス)、ビデオカメラの手ブレ補正や携帯電話/ハードディスクの落下検知用の加速度センサ、DLPプロジェクターに使用されているDMD(デジタル・ミラー・デバイス)などがある。その他にも、DNAチップ、波長可変レーザー、原子間力顕微鏡のカンチレバーなど、さまざまなデバイスが実用化されている。

このように、さまざまな最終製品の基幹デバイスとして使用されているので、半導体チップが「産業のコメ」と言われたの対して、MESMは「産業のマメ」と呼ばれている。

MESMについては、以下を参照

一般財団法人マイクロマシンセンターのホームページ > 情報サービス活動 > 情報コーナー(MMC カフェ) > マイクロナノ・トーク > 産業のマメ:MEMS